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第蜷第期‘机械工程学报。。
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晶须增韧陶瓷刀具材料的磨损机理冰
萧虹艾兴矸//
山东工业大学济南
摘曩本文对晶须增韧陶瓷刀具材料的摩擦磨损特征和耐磨性能进行了试验及理论
研究用有限元法分析了晶须在磨损过程中的力学特点, 解释了晶飙定向对不同表面的耐
磨性能的影响。通过对射线衍射极点密度的测试计算, 发现基体的晶体有择优取向的
趋势,从而由晶体学角度分析并提出该现象对试件不同表面耐者性能的差异也有一定影响。蜘射
试验进一步验证了以上结论。本文提出应选用平行子热压轴方向的表面作为承受瘩损的面。
叔词: 陶瓷刀具应力晶体学磨损晶间裂纹
前言
晶须增韧陶瓷是近年来出现的~种新型陶瓷刀具材料。它以其良好的断裂韧度和抗
热冲击性能在切削镍基台金等难加工材料方面表现出优异的切削性能。晶须增韧陶瓷材料的
出现较迟,人们对其摩擦、磨损特性尚不甚了解。本文对山东工业大学所研制的晶须增韧
。一陶瓷刀具材料一在不同条件下的磨损性能进行了研究,并对其摩擦磨损特征进行了
理论分析,从而为该刀具材料切削性能的分析提供了依据。
摩擦磨损试验及结果
由于受热压过程的影响, 晶须是沿垂直于热压轴方向的平面定向排布, 该现象造成
了晶须增韧陶瓷在不同方向的表面上摩擦磨损特
征存在着差异。晶须增韧陶瓷的摩擦磨损试验表
明, 晶须的排布方式对磨损性能有较大影响。
图为一试样在不同方向的表面上,分别
采用空气气氛和氮气气氛时的磨损曲线。由图可
见,试样的垂直热压轴方向的平面上的磨
损率明显大于平行热压轴方向的平面。
采用氮气保护气氛的结果表明,两个方向表面的
磨损率均比在空气中的显著下降。圈不同表面和气氟条停下的磨损曲线
· 置寡自然科学基金瓷助项目。
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机械工程学报第卷
孽擦磨损的微观特征
从经过摩擦磨损的上和/图的表面可观察到, ∥表面的晶粒断裂较
少, 并能看到明显的机械摩擦磨损的犁沟痕迹。而上表面则有较多晶须脱落以及
。基体晶粒脱落。氮气气氛下的摩擦磨损试验表明,磨损表面微断裂现象均比空气中的
有所减轻。试验证明在空气中磨损过程中有晶须的氧化现象存在。在摩擦过程的瞬时点
高温下,很容易与发生氧化反应, 生成, 减弱了晶须与基体的结合边界,引
起晶须的轴向沿着磨损表面的晶须界面分离而脱落。而在∥表面中, 晶须轴向
‘
很少与表面平行,其晶须与基体的面积比小于∥表面,氧化的趋势较小,界面分离
的现象减轻, 因此气氛的影响亦较小。
图表面磨损形貌×
· 上表面∥袁面
由于陶瓷磨损时脆性微破损的机制,晶须的存在无疑会起到阻止裂纹扩展、晶粒脱
的作用。图为局部晶粒脱落处,其中晶须横架阻止了晶粒继续断裂。因此可以
认为晶须在:。基本中的加入对陶瓷材料的耐磨损性能的提高超到了积极作用。
经俄歇扫描电子能谱测试摩擦磨损试验前的表面可见
峰的吸收能量菹围较宽。这说明表面层既有
又有:成分存在并测得峰较高和蜂较低。摩擦
试验后磨损表面的俄歇谱图中的峰明显变窄,并移向
处, 由俄歇标准图谱对照可知, 这正是成分的俄歇能
谱峰能所在处。摩擦后表面峰相应地明显降低, 峰贝增
加